減圧環境下における生体中の発泡現象に関する流体力学的解明

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650169
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 辻野 智二 熊本大学, 教育学部, 教授 (80006197)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島 章 東北大学, 名誉教授 (30006168)
• Keywords: 気泡 / ガス塞栓 / 潜水病 / キャビテーション / 生体工学 / 流体工学 / 血液 / ガス拡散

Research Abstract

近年、海底資源開発、海底パイプライン施工技術開発、海中居住空間施設建設など多様な海洋開発に関連して、大深度海中作業に対応する高度な潜水技術が要求されている。その技術開発における最大の障害は、労務作業時の安全性と密接に関係する潜水病の対策と克服である。潜水病とは、海中の高圧環境から地上の低圧環境にもどる際の生体中における発泡に起因するものであるが、その力学的メカニズムについてはほとんど検討されていない。本研究では、圧力変化を受ける生体中の気泡生成に関する流体力学的解明を目的とする。すなわち、大深度の海中環境条件をモデル化した高圧容器制御システムを主測定部とする加減圧型液中気泡発生装置を用いて、各減圧条件下(最大深度400mに相当)における気泡径分布および気泡数密度を明らかにすると共に溶有ガスの種類による影響について考究した。その結果、減圧度が大きくなるに従って、気泡数密度が高くなること、その傾向は最大加圧が大きいほど顕著になることが明らかにされた。二酸化炭素気泡の発生数密度は、空気泡の場合と比べて3〜5倍と有意に高くなる。発生した気泡の写真観察によれば、空気泡では、直径1mm程度の気泡が多く出現する。二酸化炭素気泡の場合には、直径0.75mm以下の気泡が比較的多く発現するとが、直径2mm程度のかなり大きい球状気泡の生成も確認された。これらの生成気泡は、動静脈血管系における血流停止・遅滞を招くことが十分予測された。液流速を可変し、血液中で発生するキャビテーション現象について実験的検討を加えた。その結果、血液中では水中に比べてキャビテーションが発生しやすいこと、また、血中キャビテーション発生時のノイズスペクトルは、水の場合に比べて高値を示すことが解明された。

Research Products

• [Publications] 辻野智二: "減圧した水中におけるガス性キャビテーションの発生に関する研究" 東北大学流体科学研究所報告. 5. 1-9 (1994)
• [Publications] 辻野智二: "水および血液中の高速回転体におけるキャビテーション発生" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 940-53. 79-80 (1994)
• [Publications] 辻野智二: "シャンペン現象に関する気泡力学的解明" 混相流シンポジウム講演論文集. 13. 277-280 (1994)
• [Publications] 辻野智二: "振動・減圧環境下の液体中における気泡発生に関する研究" 混相流. 8. 301-305 (1994)